Солнце — ближайшая звезда к Земле. Даже на расстоянии 150 миллионов километров его гравитационное притяжение удерживает планету на орбите. Оно излучает свет и тепло, или солнечную энергию, что делает возможным существование жизни на Земле.
Растения нуждаются в солнечном свете для роста. Животные, включая людей, нуждаются в растениях для пищи и кислорода, который они производят. Без тепла от солнца Земля замерзла бы. Не было бы ветров, океанских течений или облаков для транспортировки воды.
Солнечная энергия существовала так же долго, как и солнце — около пяти миллиардов лет. Хотя люди не были на земле так долго, они использовали солнечную энергию различными способами на протяжении тысяч лет.
Солнечная энергия является важной для сельского хозяйства — обработки земли, производства сельскохозяйственных культур и разведения скота. Около 10 000 лет назад сельское хозяйство сыграло ключевую роль в возникновении цивилизации. Солнечные технологии, такие как севооборот, увеличили урожай. Сушка пищи с помощью солнца и ветра предотвращала порчу продуктов. Этот избыток пищи позволил создать более плотные населенные пункты и структурированные общества.
Ранние цивилизации по всему миру располагали здания так, чтобы они смотрели на юг для сбора тепла и света. Они использовали окна и световые люки по той же причине, а также для обеспечения циркуляции воздуха. Эти элементы являются частью солнечной архитектуры. Другие аспекты включают использование селективной тени и выбор строительных материалов с тепловой массой, что означает, что они накапливают тепло, такие как камень и бетон. Сегодня компьютерные программы делают приложения проще и точнее.
Теплица — еще одно раннее солнечное развитие. Превращая солнечный свет в тепло, теплицы позволяют выращивать растения вне сезона и в климате, который может им не подходить. Одна из самых ранних теплиц датируется 30 годом нашей эры, до изобретения стекла. Она была построена из полупрозрачных листов слюды, тонкого минерала, для римского императора Тиберия, который хотел иметь возможность есть огурцы круглый год. Общая техника остается такой же и сегодня, хотя было много улучшений, чтобы увеличить разнообразие и количество выращиваемых культур.
После сбора урожая солнечную энергию можно использовать для его приготовления. Первая солнечная печь была построена в 1767 году швейцарским физиком Горацием де Соссюром. Она достигла температуры 87,8 градусов Цельсия (190 градусов по Фаренгейту) и использовалась для приготовления фруктов. Сегодня существует много различных типов солнечных печей, используемых для готовки, сушки и пастеризации, что замедляет рост микробов в пище. Поскольку они не используют ископаемые виды топлива, они безопасны, не производят загрязнения и не вызывают вырубки лесов.
Солнечные печи используются во многих частях света, их количество постоянно растет. Оценочно, в Индии установлено полмиллиона солнечных печей. В Индии есть две крупнейшие системы солнечной готовки в мире, которые могут готовить пищу для 25 000 человек ежедневно. Премьер-министр Индии Манмохан Сингх сказал: «Поскольку исчерпаемые источники энергии в стране ограничены, существует настоятельная необходимость сосредоточить внимание на развитии возобновляемых источников энергии и использовании энергоэффективных технологий».
В Никарагуа модифицированная солнечная печь используется для стерилизации медицинского оборудования в клиниках.
Солнечная тепловая энергия может использоваться для нагрева воды. Впервые представленные в конце 1800-х годов, солнечные водонагреватели стали большим улучшением по сравнению с печами, которые сжигали древесину или уголь, потому что они были более чистыми и дешевле в эксплуатации. Они были очень популярны в американских домах в солнечных местах, включая штаты Аризона, Флорида и Калифорния. Однако в начале 1900-х годов стали доступны недорогие нефть и природный газ, и солнечные водяные системы начали заменяться. Сегодня они не только снова популярны, но и становятся нормой в некоторых странах, включая Китай, Грецию и Японию. Их даже требуют использовать в любом новом строительстве в Австралии, Израиле и Испании.
Помимо нагрева воды, солнечная энергия может быть использована для получения питьевой воды. Один из методов — солнечная дезинфекция (SODIS). Разработанный в 1980-х годах, SODIS заключается в наполнении пластиковых бутылок с водой и их выставлении на солнечный свет на несколько часов. Этот процесс уменьшает количество вирусов, бактерий и простейших в воде. Более двух миллионов людей в 28 развивающихся странах ежедневно используют этот метод для получения питьевой воды.
Солнечная энергия — это преобразование солнечного света в электричество — еще одно применение солнечной технологии. Это можно сделать несколькими способами. Два самых распространенных — это фотоэлектрические (солнечные элементы) и концентрированная солнечная энергия.
Солнечные элементы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Объем энергии, генерируемой каждым элементом, очень мал. Поэтому большое количество элементов должно быть объединено, как панели, установленные на крыше дома, чтобы генерировать достаточно энергии.
Первый солнечный элемент был построен в 1880-х годах. Первым крупным применением была американская спутниковая система Vanguard I, запущенная в 1958 году. Радиопередатчик, работающий на солнечных элементах, работал около семи лет; передатчик, использующий обычные батареи, просуществовал всего 20 дней. С тех пор солнечные элементы стали основным источником энергии для спутников, включая используемые в телекоммуникационной отрасли.
На Земле солнечные элементы используются для всего, от калькуляторов и часов до домов, коммерческих зданий и даже стадионов. Всемирный стадион Гаосюна на Тайване, завершенный в 2009 году для проведения Всемирных игр, имеет более 8800 солнечных панелей на крыше. Чарльз Лин, директор Бюро общественных работ Тайваня, сказал: «Солнечные панели стадиона сделают его самообеспеченным в электрических потребностях». Когда стадион не используется, он может обеспечивать 80 процентов соседнего района электричеством.
В отличие от солнечных элементов, которые используют солнечный свет для генерации электричества, технология концентрированной солнечной энергии использует тепло солнца. Линзы или зеркала фокусируют солнечный свет в небольшой луч, который можно использовать для работы котла. Это производит пар, который управляет турбинами для генерации электричества. Этот метод будет использоваться на генерирующей станции Solana, которая строится компанией APS за пределами Феникса, штат Аризона, в Соединенных Штатах. По завершении в 2012 году Solana станет одной из крупнейших солнечных электростанций в мире. Когда она будет работать на полную мощность, она будет обслуживать 70 000 домов.
«Это важный этап для Аризоны в наших усилиях увеличить объем доступной возобновляемой энергии в Соединенных Штатах», — сказала бывший губернатор Аризоны Джанет Наполитано.
С солнечной энергией связаны некоторые проблемы. Во-первых, она прерывистая или не постоянная. Когда нет солнца — например, ночью — энергия не может быть сгенерирована. Для обеспечения постоянного электроснабжения необходимо использовать либо накопители, либо другие источники энергии, такие как ветер. Во-вторых, хотя как фотоэлектрическая, так и концентрированная солнечная энергия могут использоваться практически везде, оборудование, которое они требуют, занимает много места. Установка, за исключением существующих сооружений, может негативно сказаться на экосистеме, смещая растения и диких животных. Наконец, стоимость сбора, преобразования и хранения солнечной энергии очень высока. Однако, по мере улучшения технологий и увеличения спроса, затраты снижаются.
Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, в настоящее время производят большую часть нашей электрической и двигательной энергии. Они также производят почти все наше загрязнение. Более того, они невозобновляемые, что означает, что запасы ограничены.
Солнце, с другой стороны, предлагает бесплатную и чистую энергию в избытке. На самом деле, оно дает гораздо больше энергии, чем мы когда-либо сможем использовать. Единственные вопросы — как и когда мы полностью воспользуемся этим.